一种新型飞轮储能用三定子三自由度磁轴承

针对现有飞轮储能用三自由度磁轴承径-轴向磁路耦合严重、承载力不足的特点,研究了一种无耦合、承载力大的三定子三自由度磁轴承。介绍该磁轴承的拓扑结构和工作原理,采用等效磁路分析方法对磁轴承的径向磁路和轴向磁路进行计算,得出了磁轴承的数学模型,并给出磁轴承主要参数的设计方法及参数结果。利用仿真软件ANSYS对轴承的所处磁场和转子承载力情况进行计算和分析,并利用MATLAB/Simulink进行静态性能仿真。磁场分析结果表明,该三定子三自由度磁轴承能够避免径向-轴向间的磁路耦合,从而能够扩大系统线性工作范围和稳定裕度,提高磁轴承系统的控制性能。受力分析结果表明,相比于同外径尺寸的其它磁轴承,该磁轴承具有承载力大的优点。仿真结果与设计值一致,仿真结果验证了该新型磁轴承的结构的合理性及参数设计结果的正确性。     

新型组合永磁偏置磁轴承磁路模型建立及优化设计

径向-轴向组合永磁偏置磁轴承具有结构紧凑、损耗低的优点,本文给出了一种新型结构混合型径向-轴向磁悬浮轴承的原理结构,首先建立了其等效磁路模型,基于等效磁路模型推导了该磁轴承的悬浮力解析表达式及其所特有的补偿线圈的补偿原理和补偿方法。然后采用电磁场的有限元方法验证了该等效磁路模型及有关补偿计算的正确性。最后为了改善磁轴承的性能并更好地满足工程需求要求,基于等效磁路模型,采用多目标粒子种群算法对该轴承进行了优化设计研究,通过优化设计模型与初始模型的对比研究,验证了优化的有效性。     

永磁偏置磁轴承的研究现状及其发展

永磁偏置磁轴承是飞轮储能和涡轮分子泵等高速应用领域的一个重要研究内容.本文对永磁偏置磁轴承的研究现状及其未来发展进行了详细阐述.将永磁偏置磁轴承分为轴向单自由度、径向两自由度、轴向-径向三自由度及五自由度磁悬浮系统分别进行研究,研究其结构形式,绘制结构示意图,结合磁路图分析其工作原理,比较同类磁轴承优劣,指出其应用场合.对永磁偏置磁轴承的未来发展进行了研究,提出了众多结构形式的永磁偏置磁轴承,功耗低、结构简单、控制方便的永磁偏置磁轴承将是未来研究的主要方向.     

短转子永磁偏置轴向径向磁轴承耦合特性分析

永磁偏置轴向径向磁轴承能够实现转子的三自由度悬浮,结构紧凑、功耗低,但3个自由度之间易耦合。对一种短转子永磁偏置轴向径向磁轴承进行了研究,它的轴向定子位于径向定子之上,为短转子结构。根据二维仿真结果进行等效磁路分析,对径向控制磁路进行解耦分析,设计径向力为400 N的磁轴承进行三维有限元仿真分。并通过三维网格图对轴向径向悬浮力进行耦合分析。研究结果表明,在平衡位置附近,轴向径向间彼此解耦,悬浮性能优良。     

基于保角变换的永磁偏置同极式径向磁轴承轴向电磁力计算

为了快速而准确的计算永磁偏置同极式径向磁轴承(径向磁轴承)的轴向电磁力,首先建立了径向磁轴承的磁路模型,对各个磁极与转子之间的磁位差进行了计算。采用保角变换的方法计算了径向磁轴承的端部磁场。依据电磁场的计算结果,建立了考虑齿槽效应的径向磁轴承轴向电磁力解析计算模型。建立了径向磁轴承的三维有限元仿真模型。有限元计算的结果验证了所建立的解析计算模型的有效性。     

永磁偏置轴向径向磁悬浮轴承的研究

永磁偏置轴向径向磁悬浮轴承集轴向、径向磁轴承于一体,可以同时实现三个自由度的控制.在对多种拓扑结构的永磁偏置轴向径向磁轴承进行分析的基础上介绍其工作原理,列举了工业领域的应用实例,最后还对永磁偏置轴向径向磁悬浮轴承的未来发展进行了研究.     

一种新型结构的永磁偏置径向磁轴承

提出了一种新型永磁偏置径向磁轴承结构,通过第二气隙形成电磁磁路,与现有Heteropolar结构的磁轴承相比,定子磁极个数由8个减少为4个,可使转子高速旋转时的涡流损耗降低3倍,利用等效磁路法以及有限元法对该永磁偏置径向磁轴承进行分析,得出了最大承载力、电流刚度以及位移刚度的数学表达式,给出了主要参数的设计与计算方法.理论研究和仿真分析表明,所提出的新型径向磁轴承结构通过合理设计第二气隙的大小,可使永磁体产生的位移刚度减小,特别适用于磁悬浮反作用飞轮,以减小对飞轮的扰动,同时减小了飞轮的最大起动力矩,大大提高了飞轮的控制精度,在无轴承电动机、其他飞轮系统等场合具有广阔的应用前景.     

基于气隙磁通边缘效应的轴向混合磁轴承承载力解析计算

为了研究单自由度轴向混合磁轴承轴向主动悬浮和径向被动悬浮的特性,对提出了基于气隙磁通边缘效应的磁轴承承载力解析计算方法.首先建立了轴向混合磁轴承基于气隙磁通边缘效应的磁路模型,利用分割磁场法推导各部分磁通管的磁导,根据其串并联关系,得到磁路的总磁导,由虚位移法推导了轴向力和径向力的解析表达,得到了轴向力与径向力随轴向气隙和径向位移的变化关系,并分析了轴向力与径向力的耦合特性,为磁悬浮系统轴向和径向的解耦控制提供了理论依据.利用有限元方法对轴向力和径向力进行仿真计算,仿真结果与模型计算结果基本吻合.     

轴向力偏转五自由度永磁偏置磁轴承及磁路解耦设计

为了提高空间用磁悬浮飞轮输出偏转力矩的能力和精度,提出一种利用轴向力控制转子径向偏转的五自由度永磁偏置磁轴承(permanent-magnet-biased magnetic bearing with five degrees of freedom,5-DOF-PMB),有效减小了飞轮体积和转子轴向长度,提高了系统的集成度,改善了转子系统的固有模态和稳定性.有限元仿真表明,按照角动量为15N·m·s飞轮的要求设计的轴向力偏转5-DOF-PMB可同时满足各自由度负载的要求.为了提高转子径向大偏移时主动振动的控制精度,进一步对轴向力偏转5-DOF-PMB径向通道进行了磁路解耦设计.等效磁路分析与有限元仿真表明,经磁路解耦的5-DOF-PMB径向通道间磁路耦合程度削弱了2个数量级.最后从等效磁路和结构设计角度,对永磁偏置磁轴承的磁路解耦设计方法进行了归纳和总结.     

异极式永磁偏置径向磁轴承的建模与实验

为了满足储能飞轮系统、卫星动量轮等对高空间利用率的需求,提出了一种异极式永磁偏置径向磁轴承的拓扑结构。通过在槽口放置平行充磁的永磁体获得紧凑的结构,同时永磁磁路和电励磁磁路耦合距离较短,有利于获取高解耦特性。该文首先采用磁力线法,分别获取考虑齿槽效应、转子偏心的永磁磁场、电励磁磁场的气隙磁通密度分布,建立了磁路模型;然后根据磁路模型求解位移刚度和电流刚度,建立磁轴承的数学模型;与有限元仿真进行对比,证明所建立的磁场模型能够准确计算气隙磁通密度分布。设计、制造一台实验样机并进行相关实验,实验结果验证了磁路模型及有限元仿真的可靠性。